2023面向智能电网的变电站发展前景

面向智能电网的变电站发展前景引言电力事业是关系到国民经济命脉的基础产业和公用事业。现代电网的发展已经迎来机遇与挑战并存的关键期。随着以特高压为骨干网架和以各级电网为分区的中国特色电网的形成，风力发电、太阳能发电、燃料电池发电等分布式可再生能源发电资源数量的不断增加，传统的电力网络以及控制措施已经难以支持如此多的发展要求。为此，我国提出了发展坚强智能电网的设想。其中，变电环节是实现坚强智能电网的

关键和基础，所以面向智能电网的智能变电站的建设也将成为变电站发展的必然趋势。智能电网概述坚强智能电网的定义由于发展环境和驱动因素的差异，不同国家的电网企业和组织都在以自己的方式来理解智能电网，对路径和重点也各不相同。因此智能电网概念本身也在不断发展、丰富和明晰中。总的来说，智能电网指的是电力输配系统综合传统的和前沿的电力工程技术、复杂的感应和监控技术、信息技术和通讯技术以提高电网运行效率并支持客户端广泛的附加服务的新型电网。智能电网在广义上包括可以优先使用清洁能源的智能调度系统、可以动态定价的智能计量系统以及通过调整发电、用电设备功率优化负荷平衡的智能技术系统[1]。针对我国电力需求持续高速增长、电力资源和用电负荷分布极不均衡、输电过程损耗大、能源利用率低等多方面因素，我国将电网建设为以特高压为骨干网架，各级电网为分区的具有中国特色的电网。线路损耗低、工程投资省、走廊利用率高和联网能力强等特点，是输电技术的重要发展方向，对推动世界电力工业的创新发展具有深远的意义。因此特高压的发展是建设智能电网的重要前提，所以我国的智能电网正是以特高压为网络实体基础的坚强智能电网[2]。智能电网的特点经济性等多方面优点，智能电网的主要特征可以归纳为：自愈：对电网的运行状态进行连接的在线自我评估，并采取预防性的控制手段，及时发现、快速诊断和消除故障隐患；故障发生时，在没有或少量人工干预下，利用分布式电源等设备自动进行恢复，能互动：系统运行与批发、零售电力市场实现其能源使用并减少能耗开销。优化：实现资产规划、建设、运行维护等全提高资产的利用效率，有效地降低运行维护成本和投资成本，减少电网损耗。电网将在自然状态和计算机状态下更安全，新技术的配置将可以更好地识别和应

对人为的和自然的侵害。兼容：电网能够同时适应集中发电与分散式源发电及其他分散的电源，并以简单的“即插即用”式来实现。集成：通过不断的流程优化、信息整合、实效率。智能电网与现有电网的区别从宏观上看，与传统电网管理运行模式相比，智能电网是一个完整的企业级信息框架和基础设施体提高管理水平、工作效率、电网可靠性和服务水平。传统的电力分配方式，类似于经济学上的计划经济，电力资源没有被合理配置，造成能源和财富的损失，而智能电网将基本杜绝此类的浪费，它会把暂时不用的电卖给其他需要电力的人，供或需都由电力资源市场决定。从微观上看，与传统电网相比，智能电网进一步优化各级电网控制，构建结构扁平化、功能模块化、智能电网与现有电网的区别智能控制中心智能控制中心(SCC)EMSDMSSCADA、虚拟电厂(virtualpowerplant)等技术的再升级和结合。SCC智能变电站智能变电站系统可分为设备层和系统层，各层之间的联系均采用光缆。智能变电站系统融入了现代计算机技术、现代通信技术、光电技术及具有丰富运行经验的GIS技术、测控技术和继电保护技术。此外，智能变电站还能实现预警报警、自动故障诊断和处理等功能[6]。智能线路在智能线路中，基础设施技术水平将会提高，在线监控和智能检修会投入应用。智能电网能实时远程智能需求侧管理团队来执行。变电站的发展历程我们回顾一下变电站的发展过程中，不难发现在变电站发展的过程中所经历的阶段，以及每个阶段的主要技术特征；在阶段升级过程中，哪方面的技术是最主要，最核心的；最后又是如何发展到智能变电站的。变电站的发展历程如图1所示。传统变电站2080年代及以前，变电站保护设备以晶体(有不少变电站没有自动)

Figure1.Developmentsofsubstation图1.变电站发展历程身结构复杂、可靠性不高，而且又没有故障自诊断的能力。目前的办法是依靠对常规二次系统进行定期的测试和校验来发现问题，这不但增加了维护人员的工作量，而且仍无法保证装置绝对的可靠，往往是等到保护装置发生拒动或误动后才能发现问题再进行调整与检修，另外维护人员在定期检测中造成装置误动或形成新的隐患的情况也时有发生。同时硬件设备基本上是按功能独立配置的，彼此间联系很少，设备型号此外，还存在以下问题和缺陷，例如：在供电质量缺乏科学的保证；占地面积大，增加了征地投资；不适应电力系统快速计算和实时控制的要求；维护工作量大，设备可靠性差，不利于提高运行管理水平和自动化水平等。综合自动化变电站2090利用计算机技术、现代电子技术、通信技术和信优化设计，建成了变电站综合自动化系统，实现对变电站设备运行情况进行监视、测量、控制和协调的功能。综合自动化系统先后经历了集中式、分散式、分运行更可靠，更利于变电站无人值班的管理。但是，现在的变电站综合自动化系统还是隶属于传统的变电站二次系统的一部分，综合化、数字化还有待提高。其中还存在以下问题：易饱和、体积大、试验及维护工作量大；模拟–数字转换存在较大附加误差；站内不同装置重复采样，数据一致性差；设备校验必须通入模拟量，工作量大，无法做到自动的、程序化的校验；信号采用控制电缆连接，回路复杂，抗干扰性能较差；设备之间数据交换形式多样。各厂家的设备作量大[7]。数字化变电站对近几年来，针对目前国内变电站现状，同时随着数字化技术的不断进步和IEC61850标准在国内的推广应用，国内已经出现了基于IEC61850的数字化变电站。数字化变电站具有是数据采集数字化，系统分层分布化，系统结构紧凑化，系统建模标准化，信息交互网络化，信息应用集成化，设备检修状态化，设备操作智能化等主要特征。智能化的一次设备(过程层)、网络化的二次设备(间隔层)、自动化的综合信息服务管理系统(站控层)等三大层次的总体结构、通信协议、数据结构、数据表达方式等以达到信息畅通无阻的技术要素，不同厂家设备可无缝连接，实现即插即用。构成了现在数字化变电站的统一的标准。智能变电站作为统一坚强智能电网的一部分，智能变电站在未来的一段时间内，将是建设智能主网架构的最重要部分。智能变电站的概念

环保、集成的智能化设备组合而成，以高速网络通信平台为信息传输基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级应用功能[8]。智能变电站的构成智能变电站分为设备层和系统层两个部分。智能变电站的设备层智能变电站的主要由高压设备、智能组件和智能设备构成，能够实现的功能主要有：一次设备被检测的信号回路和被控制的操作一体化；开关设备的操作回路中常规的继电器及其逻辑回路被智能可编程程序控制器代替；常规的强电模拟信号电缆和控制电缆被数字光纤代替；继电保护、测量控制、防误闭锁、远动、故他自动装置等全部基于统一的标准化接口设计；设备之间全部采用高速光纤网络通信，并符家的装置可实现互操作。由于智能变电站采用智能设备，所以随着高压设备智能化的不断发展，传统意义上的一、二次设备间的界限也将逐渐模糊，一次设备通过配备集成的智能组件，将成为智能设备[9]。智能变电站的系统层系统层是智能变电站的“大脑”，我们把系统层分为决策单元、协调单元、反应单元等三个部分，三智能告警、分析决策等高级智能应用。与智能控制中心实现完美结合。对于智能变电站系统层我们采用SPID系统。美国国家电力科学研究院(EPRI)研究产生的SPID系统是当今比较完备的智能控制系统模型，其提出了对智能电网实现基于实时信息的广域、智能、自适应保护与控制系统快速的系统脆弱性评估等比较完备的系统层控制模型，如图2所示[9]。2所示，反应单元具有分布自治和快速动作与局部保护控制之间的配合关系。现在我们主要总结一下系统层的主要功能：自治能力。系统层能在必要时调整(automaticvoltageregulator)的定值以减小线损、提高的调整方式将适应这个趋势。智能检修是智能变电站的重要特点。系统层能监测分析变电站设备(从而优化资产使用和节约人力成本。系统层还能实现预警报警、自动故障诊断和处理等功能。协调能力。系统层应服从控制中心指令，故的关系。Figure2.SystemlayerstructureofSPID图2.SPID系统层结构

智能变电站主要技术分析智能断路器技术智能断路器具有数字化测控技术，而且具有智能化的自检功能，符合操动时间特性，智能化的选相操动技术。智能监测装置基于自诊断功能的数值化监测和设备负载能力评PT、CT系统化、全面化、智能化。系统和设备的自动重构技术根据智能装置模型分类、描述和“即插即用”功能，建立智能装置的模型自描述规范，实现智能变电升级、改造时，实现智能化、快速化系统重新构建。基于智能电网的广域测量与保护技术特高压电网的建设、电网规模的扩大；分布式电源的灵活接入、多变压器的运行方式带来的后备保护配合、双向潮流、系统阻抗的变化等问题均会给继电保护定值整定带来困难，保护定值的适应能力也将受到严峻考验。同时基于智能电网的电子式或光电式互感器不受传统电磁式互感器饱和的影响，对故障时电气量的采集更为精确，简化了保护的数据算法，缩短了数据处理时间。也可为新原理的实现、工业控制技术在电力系统的应用提供技术支持，为广域保护的新原理、新算法和实际应用提供了基础支撑。智能电网故障柔性定位技术研究广域同步故障数据的数据提取和大批量数据猝发远程传输技术，建立融合多种故障测距方法的综合性智能测距算法模型，实现分层分布式柔性的广域故障定位网络[10]。信息数据交互规约技术对智能设备信息管理和共享规约进行标准化，实行统一的规约技术，实行符合智能设备要求的自诊断传感器与主设备接口技术规范和自诊断设备信息交互技术规范。智能变电站是智能电网的基础环节，从变电